• burner
• combustion
• hydrogen
• premixed laminar flames

L'iniezione di idrogeno nella rete di gas naturale può aiutare la decarbonizzazione affrontando il problema del trasporto e dello stoccaggio di energia prodotta da eolico e solare. Si stima come presto la rete europea del gas naturale possa subire cambiamenti significativi nella composizione del gas. Anche se sono previste frazioni massime di idrogeno fino al 20%, ci sono tuttavia poche prove dell’adeguatezza delle prestazioni degli apparecchi di utilizzo finale. Infatti, l'idrogeno è un combustibile molto diverso dal gas naturale, presentando più elevate temperature di fiamma adiabatica e altissime velocità di fiamma. Tutto ciò può portare a sfide significative per un funzionamento sicuro ed efficiente di bruciatori e delle caldaie domestici.
La presente tesi intende studiare e caratterizzare gli effetti della presenza dell’idrogeno sulla struttura di fiamme laminari premiscelate attraverso simulazioni numeriche dettagliate. Tali fiamme sono di interesse in quanto presenti nei comuni bruciatori delle moderne caldaie a condensazione domestiche. Le miscele di combustibile considerate si riferiscono ai gas test G20 (100%CH4), G222 (77%CH4 23%H2), H2NG (50%CH4 50%H2) e 80_20 (80%H2 20%CH4).
La combustione premiscelata è preliminarmente caratterizzata attraverso simulazioni 1D con schemi dettagliati con codici cinetici opensource, OpenSMOKE e Cantera, al fine di determinare i parametri di combustione significati, quali velocità laminare di fiamma, lo spessore di fiamma termico e diffusivo, il rapporto di espansione, il numero di Zeldovich e di Lewis, validando i risultati con dati di letteratura laddove disponibili. L’eccesso di aria è stato variato in modo di operare con doversi rapporti di equivalenza nel range [0.5-1.9]. Sono quindi effettuate simulazioni 2D di fiamme planari con un codice di Fluidodinamica Computazionale (CFD) ai volumi finiti, fissando il rapporto di equivalenza per individuare le condizioni che producono un’instabilità intrinseca della fiamma. Infine si eseguono simulazioni 2D utilizzando il codice Nek5000 agli elementi spettrali, emulando porzioni di bruciatori reali istallati in caldaie a condensazione domestiche per valutare gli effetti della composizione della miscela combustibile iniettata.